趙斌斌，張遵聰

(蘇交科華東(浙江)工程設(shè)計(jì)有限公司 杭州市 311100)

0 引言

BIM即建筑信息模型，英文全稱Building Information Modeling，是通過(guò)整合分析建筑工程信息數(shù)據(jù)組給出準(zhǔn)確的數(shù)字信息模型。簡(jiǎn)單地說(shuō)BIM是涵蓋了整個(gè)建筑生命周期的一個(gè)數(shù)字化信息模型，可反映出工程整個(gè)生命周期的真實(shí)狀態(tài)。BIM技術(shù)的核心是通過(guò)分析建筑工程信息數(shù)據(jù)組，將工程問(wèn)題中的實(shí)體建筑模擬成一個(gè)具有多維度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的工程數(shù)字模型。依托項(xiàng)目“國(guó)道丹東至阿勒泰公路綏芬河(永勝)至綏陽(yáng)(大東滿)段改擴(kuò)建工程”，進(jìn)行實(shí)景模型的建立及設(shè)計(jì)中各階段的正向應(yīng)用的研究。該項(xiàng)目的工程數(shù)字模型在三維空間下實(shí)現(xiàn)靈活地創(chuàng)建、計(jì)算、分析等一系列研究，從而提高實(shí)施項(xiàng)目各條路線的精細(xì)化程度。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以系統(tǒng)嚴(yán)密地通過(guò)對(duì)建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，因此，BIM技術(shù)在公路正向設(shè)計(jì)中受到越來(lái)越多的關(guān)注。

1 BIM技術(shù)在公路正向設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

1.1 BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

1.1.1BIM技術(shù)在立項(xiàng)階段的優(yōu)勢(shì)

公路工程的立項(xiàng)準(zhǔn)備階段需要對(duì)該工程進(jìn)行有效可靠的可行性分析，并編寫工程可行性研究報(bào)告，主要針對(duì)路線起訖點(diǎn)、工程規(guī)模、工程目標(biāo)、主要經(jīng)濟(jì)等多方面分析論證工程項(xiàng)目的可行性。目前工程可行性研究階段相較于其他設(shè)計(jì)階段較少引入BIM技術(shù)，諸多常見(jiàn)文獻(xiàn)在此階段均未提出相關(guān)BIM的應(yīng)用，但相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，在此階段BIM的一些應(yīng)用還是有較大優(yōu)勢(shì)[1]。

BIM技術(shù)在方案比較與決策方面的應(yīng)用。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、運(yùn)營(yíng)效益、施工條件的難易程度等方面，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員及專家的論證，推選出一條推薦線和多條比較線。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，隨著BIM+GIS的深入融合以及無(wú)人機(jī)的飛速發(fā)展,如今設(shè)計(jì)人員可快速獲取三維實(shí)景模型。專家及設(shè)計(jì)人員在實(shí)景模型中可以通過(guò)上帝視角俯覽整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域，從而更加立體地反映公路工程的設(shè)計(jì)。

BIM技術(shù)在初步成本估算方面的應(yīng)用。設(shè)計(jì)過(guò)程中可產(chǎn)生很多類型的成本估算，包括從設(shè)計(jì)階段早期的成本概算到設(shè)計(jì)完成后更精確的成本預(yù)算。事實(shí)證明，等到設(shè)計(jì)階段結(jié)尾才形成一份成本預(yù)算并不是一種理想的方式。如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)完成后發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目預(yù)算超支，就只能運(yùn)用價(jià)值工程削減開(kāi)支和降低質(zhì)量，嚴(yán)重的甚至?xí)∠?xiàng)目。設(shè)計(jì)過(guò)程中的期間成本估算越早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)于工程的順利進(jìn)行越有利，以便于決策者們能夠提前考慮備選方案。BIM技術(shù)的應(yīng)用極大地促進(jìn)了這種期間成本估算的發(fā)展。OpenRoads ConceptStation可以通過(guò)道路設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)智能模型的快速創(chuàng)建，利用現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)和成本分析結(jié)合項(xiàng)目前期獲得的實(shí)景模型，可快速形成初步的成本估算報(bào)表，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體的把控。

1.1.2BIM技術(shù)在初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段的優(yōu)勢(shì)

目前公路設(shè)計(jì)主要分為初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。這兩個(gè)階段的深度以及側(cè)重點(diǎn)會(huì)呈現(xiàn)出很大的不同，其主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)施工圖設(shè)計(jì)階段更加注重深度，主要表現(xiàn)為在可操作性和具體化方面更加細(xì)致。

(2)初步設(shè)計(jì)不僅作為施工圖設(shè)計(jì)編制的基本佐證輔助前提，與此同時(shí)，初步設(shè)計(jì)對(duì)于審查時(shí)出現(xiàn)的一系列問(wèn)題以及在此過(guò)程中所遺留的問(wèn)題，均應(yīng)該在施工圖設(shè)計(jì)中對(duì)此進(jìn)行必要的糾正、補(bǔ)充和細(xì)化完善。

(3)從預(yù)算層面來(lái)看，初步設(shè)計(jì)階段編制的是在投資過(guò)程中所需要的概算，而施工圖設(shè)計(jì)階段編制的是以施工圖為基準(zhǔn)進(jìn)行的具體施工工程預(yù)算。

總而言之施工圖設(shè)計(jì)就是對(duì)初步設(shè)計(jì)的進(jìn)一步具體完善和深化。

路線設(shè)計(jì)作為整個(gè)道路設(shè)計(jì)中最開(kāi)始也是最重要的步驟，其核心就是對(duì)路線平、縱、橫的設(shè)計(jì)，此階段需要設(shè)計(jì)組在符合《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范的前提下，還要考慮自然環(huán)境、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)條件、周邊經(jīng)濟(jì)需求等多方面因素，選線必須由粗到細(xì)，由輪廓到具體，逐步深入，才能定出較為合理的路線，而想要做到上述這些條件，就需要測(cè)量、設(shè)計(jì)人員不斷地到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)[2]。整個(gè)路線設(shè)計(jì)的過(guò)程既耗時(shí)、耗力，花銷還比較大。

OpenRoads Designer 是BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)板塊研發(fā)出的一款功能完善、全面詳細(xì)的軟件，適用于勘測(cè)、排水以及道路設(shè)計(jì)。該軟件不僅可以完美地取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中所使用的InRoads、GEOPAK、MX 和 PowerCivil 提供的所有在線功能，還獨(dú)特地嵌入了全新的綜合建模環(huán)境，從而為工程設(shè)計(jì)提供了高效的施工驅(qū)動(dòng)，顯著地提升了路網(wǎng)項(xiàng)目的交付進(jìn)程，進(jìn)而從概念的提出到竣工的整個(gè)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程都一步到位。

用OpenRoads Designer進(jìn)行道路設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程類似。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比ORD的選線過(guò)程由于所構(gòu)建的地形模型是三維立體的，因此在路線選線和定線時(shí)能夠更加清晰直觀地參考原始地形特征，二三維視圖聯(lián)動(dòng)修改，科學(xué)合理地確定路線走向，綜合分析填方和挖方工程數(shù)量，更好地避開(kāi)不良地質(zhì)。橫斷面設(shè)計(jì)主要采用“搭積木”方法定制出適合項(xiàng)目的橫斷面模板。利用橫斷面模板可以將排水邊溝、邊坡、擋墻等以構(gòu)件的形式在創(chuàng)建廊道時(shí)在地形模型中同步出來(lái)，比之傳統(tǒng)設(shè)計(jì)只局限在“圖表”設(shè)計(jì)，以基平測(cè)量，斷面法計(jì)算的工程量更加準(zhǔn)確，在有效統(tǒng)計(jì)工程量的前提下，合理地設(shè)置參數(shù)節(jié)點(diǎn)，以此來(lái)確保道路橫斷面設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性和實(shí)用可靠性。

至今國(guó)內(nèi)還沒(méi)有較為有效的與業(yè)主進(jìn)行三維模型的交付方式，但隨著CNCCBIM OpenRoads的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)院可以實(shí)現(xiàn)將三維模型轉(zhuǎn)化為二維的圖紙、工程量表，以大家都熟悉的方式交付給業(yè)主，不同的是出圖流程更加簡(jiǎn)便、工程圖紙更加專業(yè)[3]。

1.2 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

1.2.1BIM技術(shù)在橋梁方案比選中的優(yōu)勢(shì)

在橋梁設(shè)計(jì)工程中，裝配式橋梁作為常規(guī)橋梁的主要分支，繼而在橋梁設(shè)計(jì)階段需集中投入較大的工作量在常規(guī)橋梁的實(shí)施方案擬定中。傳統(tǒng)公路橋梁方案設(shè)計(jì)通常情況是結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況、水文情況、通航情況、地方經(jīng)濟(jì)情況、交通流量、地質(zhì)情況等諸多因素，確定橋梁位置及控高[4]。約束路線在該節(jié)點(diǎn)區(qū)域的路線技術(shù)指標(biāo)，最終確定該節(jié)點(diǎn)處的平曲線與豎曲線。但由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的方案設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)都會(huì)使用1∶2000地形圖來(lái)示意項(xiàng)目區(qū)域的河流、植被、構(gòu)造圖等信息。該方式存在設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不清晰、被跨越物體與橋梁構(gòu)造物的位置關(guān)系不精確、不直觀等問(wèn)題。

在BIM中同樣存在一款橋梁設(shè)計(jì)軟件OpenBridge Modeler，直接利用從OpenRoads Designer中獲得土木工程數(shù)據(jù)，將獲得的LandXML文件導(dǎo)入道路信息和地面數(shù)據(jù)即可。通過(guò)運(yùn)用多專業(yè)的創(chuàng)新可視化流程快速生成制定工程設(shè)計(jì)決策所需的信息，加速橋梁設(shè)計(jì)，同時(shí)利用工可研階段獲得的實(shí)景模型，將其與BIM方案模型相結(jié)合，從專業(yè)的角度剖析和評(píng)價(jià)橋梁方案，能夠更加清晰地驗(yàn)證上下結(jié)構(gòu)選型、孔徑布置、通航情況的合理有效性。

1.2.2BIM技術(shù)在鋼箱梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

隨著我國(guó)路網(wǎng)逐步完善，如何減少新建道路對(duì)既有道路的影響，快速建立跨線、互通橋梁成了一個(gè)相對(duì)棘手的問(wèn)題。預(yù)制鋼箱梁有著自重輕便于吊裝、施工速度快、線型靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公路、城市道路的跨線橋或互通橋梁上。然而由于鋼箱梁內(nèi)部包含頂板、底板、腹板、橫隔板、加勁肋等多種尺寸不一、功能不同的構(gòu)件組成，其內(nèi)部構(gòu)造縱橫交錯(cuò)[5]。在常規(guī)二維圖紙中，通常設(shè)計(jì)人員為了將設(shè)計(jì)意圖及構(gòu)造情況表達(dá)清楚圖紙內(nèi)容會(huì)較為繁瑣、復(fù)雜，致使人為因素導(dǎo)致圖紙不同程度的錯(cuò)誤，也是常見(jiàn)之事。

橋梁設(shè)計(jì)階段BIM可利用ProStructure軟件進(jìn)行鋼箱梁的精細(xì)化設(shè)計(jì)，通過(guò)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)在BIM技術(shù)設(shè)計(jì)階段相結(jié)合的方式，從而展示出鋼箱梁各構(gòu)件的位置關(guān)系的三維模型?；谌S模型進(jìn)行模擬預(yù)拼裝嘗試性連接，針對(duì)設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的不合理因素給予指出發(fā)現(xiàn)并加以更改，以便于生成三維信息模型供施工單位進(jìn)行后續(xù)的加工拼裝。工廠可將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)接到數(shù)控加工機(jī)床，這樣就實(shí)現(xiàn)了大幅度地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)與施工之間的協(xié)調(diào)溝通工作周期，進(jìn)而有效縮短整個(gè)施工工期的時(shí)長(zhǎng)，很大程度上提高了工程質(zhì)量。

1.2.3BIM技術(shù)在橋梁可視化技術(shù)交底中的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)模擬關(guān)鍵施工工序的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)者可以直觀地將自己意圖通過(guò)三維的方式表達(dá)出來(lái)，同時(shí)可以將施工過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的地方做出特別提示。設(shè)計(jì)院通過(guò)將二維的施工組織設(shè)計(jì)和施工作業(yè)指導(dǎo)書的關(guān)鍵步驟制作成施工動(dòng)畫的方式，提高與施工單位的溝通效率，從而提升工程品質(zhì)。同時(shí)，可以制作關(guān)于關(guān)鍵的施工工法與成套的施工工藝的技術(shù)交底庫(kù)，方便后續(xù)的類似項(xiàng)目直接調(diào)出以供指導(dǎo)與參考。為了更方便地展示三維設(shè)計(jì)流程，圖1為貫穿道路橋梁設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)流程圖。

圖1 基于BIM的道路三維設(shè)計(jì)流程

2 BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)用中存在的不足

(1)成果交付相對(duì)困難。目前各大院所較為流行的交付方式為采用云端交付方式，但該方式其信息安全、模型體量、交付速度、法律地位等均存在一定的問(wèn)題。另一種交付方式則是采用三維轉(zhuǎn)二維方式來(lái)解決，BIM與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的轉(zhuǎn)換，雖然該方式暫時(shí)可以解決BIM正向應(yīng)用的一部分不足，然而由于目前所應(yīng)用的大部分BIM建模軟件均采用國(guó)外軟件，由于國(guó)情的不同，其圖紙轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換后的圖紙樣式均存在非常大的差異性，導(dǎo)致目前BIM技術(shù)的出圖率非常的低。

(2)缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前在公路行業(yè)中，由于BIM技術(shù)處于一個(gè)起步期，雖然各企業(yè)均相繼出臺(tái)自己內(nèi)部的BIM標(biāo)準(zhǔn)。然而缺乏一個(gè)行業(yè)層面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其模型編制、模型等級(jí)劃分、構(gòu)建編碼、模型交換等跨單位、跨行業(yè)進(jìn)行模型交付時(shí)均存在協(xié)調(diào)、統(tǒng)一難的問(wèn)題。

(3)對(duì)BIM從業(yè)人員有更高的專業(yè)要求。由于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理等全生命周期的工程建設(shè)活動(dòng)中都涉及BIM技術(shù)，在設(shè)計(jì)期的BIM應(yīng)用就需要向其它階段進(jìn)行模型信息傳遞。因此要求從業(yè)人員了解并掌握項(xiàng)目各個(gè)階段的相應(yīng)知識(shí)以及BIM相關(guān)軟件的應(yīng)用。此外，還需要引進(jìn)一些優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)人員對(duì)一些需要完善的功能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著近幾年BIM技術(shù)的快速發(fā)展以及在公路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用的深入分析不難發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)已滲透甚至應(yīng)用在公路橋梁設(shè)計(jì)的各個(gè)階段。盡管在結(jié)合過(guò)程中會(huì)不可避免地遇到一些實(shí)踐難題和復(fù)雜的環(huán)境阻礙，但從目前的發(fā)展趨勢(shì)以及相關(guān)成果來(lái)看，BIM技術(shù)必將在公路橋梁設(shè)計(jì)中成為一把鋒刃有力的工具。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)于可以深入到設(shè)計(jì)階段的各部分實(shí)踐中，起到輔助作用攻克工程中所遇到的復(fù)雜問(wèn)題，并能輕松靈活地將二維設(shè)計(jì)成果無(wú)法詳細(xì)表達(dá)的內(nèi)容通過(guò)自身三維的優(yōu)勢(shì)清晰直觀地準(zhǔn)確展示。經(jīng)過(guò)一系列深入的調(diào)查研究和實(shí)踐探索，BIM技術(shù)定會(huì)以更加成熟的實(shí)施體系應(yīng)用于公路橋梁建設(shè)的各個(gè)階段，成為未來(lái)建筑行業(yè)實(shí)用性最強(qiáng)、有效性最高的一項(xiàng)高端龍頭技術(shù)。